Китайский производитель стабилизаторов бурения роликового типа

Когда слышишь про 'китайских производителей стабилизаторов', сразу представляется конвейер с одинаковыми железками — но на деле в роликовых стабилизаторах бурения даже угол заточки ролика влияет на вибрацию ствола. Мы в ООО Чэнду Цзитао с 2011 года через три перепроектировки узла пришли к текущей версии, где сальниковый узел выдерживает не 50, а 80 часов песконосного пласта.

Конструкционные ловушки роликовых систем

Первый наш стабилизатор образца 2013 года имел ролики с симметричной фаской — в теории это снижало трение, но на глубине 2000 метров в Татарстане давало обратный эффект. Бурильщики жаловались на 'гуляющий' ствол, хотя по паспорту биение не превышало норму. Разобрали возвращенный образец — оказалось, ролики сработались клином из-за разнонаправленных нагрузок.

Перешли на асимметричную заточку с упорным подшипником качения. Но здесь столкнулись с другой проблемой: при температуре свыше 150°C смазка выгорала за 20-25 часов. Пришлось совместно с технологами разрабатывать полую ось ролика с каналами принудительной подачи смазки — сейчас этот узел запатентован.

Кстати, о патентах — в наших последних моделях используется комбинированная система фиксации роликов, где стопорное кольцо дублируется конической шайбой. Мелочь? На стенде при вибрационных испытаниях именно это решение увеличило ресурс на 18%.

Материаловедческие нюансы

Изначально делали корпус из стали 40Х, как у большинства конкурентов. Но в соленосных пластах Казахстана это приводило к коррозионным трещинам в зоне сварных швов. Перешли на 30ХГСА с легированием молибденом — дороже на 12%, но прошли испытания в концентрации хлоридов 180 г/л.

Ролики теперь штампуем из стали 20Х2Н4А с цементацией на глубину 2,8-3,2 мм. Важно именно комбинирование материалов: если корпус и ролики из одинаковой стали, при перегрузках возникает адгезионный износ. На стендах имитации мы регистрировали момент, когда ролик начинал 'проскальзывать' на оси из-за разницы коэффициентов трения.

Заметил по опыту поставок в Тиманско-Печорскую провинцию: там критичен не столько состав стали, сколько термообработка. После закалки делаем двойной отпуск — это снимает напряжения в зонах контакта с шариками подшипников. Без такой обработки в условиях перепадов температур от -50°C до +120°C появляются микротрещины уже после 15 циклов.

Полевые кейсы и обратная связь

В 2019 году для месторождения в ХМАО делали партию стабилизаторов с укороченной базой — заказчик просил под конкретный тип забойного двигателя. При калибровке ствола на глубине 3400 метров получили нелинейный прогиб. Выяснилось, что при длине корпуса менее 1,8 метра теряется 'эффект маятника'.

Сейчас в карточке продукции на jitbit.ru мы указываем рекомендованные пары 'стабилизатор-двигатель'. Например, для Уралмаш 3Д-86 оптимален наш СТР-4 с межопорным расстоянием 2100 мм. Это не маркетинг — данные собраны с 12 буровых бригад за 4 года.

Интересный случай был с поставкой в Оренбургскую область: там стабилизаторы работали в режиме вращения с осевой вибрацией 5-7 Гц. Через 40 часов разрушились сепараторы подшипников. Пришлось переходить на подшипники с полиамидными сепараторами — они гасят низкочастотные колебания, хоть и дороже на 25%.

Технологические компромиссы

Сейчас тестируем керамическое напыление на ролики — в лаборатории показывает износостойкость в 1,7 раз выше. Но при температуре ниже -30°C покрытие отслаивается от стальной основы. Возможно, для арктических проектов придется сохранять классическую схему с твердым сплавом.

В новых моделях увеличили количество роликов с 6 до 8 — это снижает удельное давление на стенку скважины. Но пришлось пересчитать всю кинематику: при четном количестве роликов возникает резонанс на определенных оборотах. Добавили демпфирующие прокладки из фторкаучука — не идеально, но сглаживает пиковые нагрузки.

Кстати, о нагрузках — наш отдел контроля качества сейчас внедряет систему предварительного нагружения роликов. Статическое обкатывание под нагрузкой 5-7 тонн выявляет до 15% брака по геометрии посадки. Раньше этот дефект проявлялся только в полевых условиях.

Эволюция подходов к производству

За 10 лет мы в ООО Чэнду Цзитао прошли путь от сборки по чертежам заказчика до собственных конструкторских решений. Сейчас проектная группа из 6 инженеров ведет не только разработку, но и анализ поломок — каждый возвращенный стабилизатор разбирается с составлением 'карты разрушения'.

Последние два года активно сотрудничаем с научными институтами — например, по теме усталостной прочности сварных швов при циклических нагрузках. Практический вывод: варить корпус нужно не за один проход, а чередуя слои с разной температурой нагрева. Это увеличило срок службы сварных соединений на 35%.

На сайте jitbit.ru мы сознательно не публикуем 'максимальные параметры' — вместо этого даем графики зависимости ресурса от осевой нагрузки и скорости вращения. Это честнее: например, при 300 об/мин и нагрузке 12 тонн стабилизатор проработает 90 часов, а при 200 об/мин и 18 тоннах — уже 60. Реальные цифры, проверенные на стендах и в скважинах.

Перспективы и ограничения

Сейчас экспериментируем с датчиками контроля износа — вмонтированные в ролики RFID-метки передают данные о температуре и вибрации. Пока дорого и ненадежно при ударных нагрузках, но для горизонтального бурения с контролируемыми параметрами уже тестируем.

Основное ограничение роликовых стабилизаторов — в принципе работы: они не могут полностью исключить вибрацию, только снизить амплитуду. Для сложных геологических разрезов иногда эффективнее комбинировать роликовые и резинометаллические конструкции — но это уже тема для отдельного разговора.

Главное, что поняли за эти годы: не бывает универсальных решений. Даже удачная конструкция требует адаптации под конкретные условия бурения — будь то соленосные пласты Прикаспия или твердые породы Сибири. Поэтому в ООО Чэнду Цзитао мы сохраняем гибкость производства и всегда готовы к диалогу с буровиками.